酸雨作用下钢纤维煤矸石混凝土耐久性研究

基于酸雨循环侵蚀试验,探究了在不同pH值酸雨溶液与钢纤维掺量条件下,钢纤维增强煤矸石混凝土质量、劈裂抗拉强度及碳化深度等耐久性指标的变化特性。结果表明：第1次酸雨循环时,pH值为2.0酸雨溶液中钢纤维煤矸石混凝土达到最大质量,其增加率为0.25%,随后骤降到最小质量,其质量损失率峰值2.37%;钢纤维煤矸石混凝土劈裂抗拉强度损失率与循环数呈近似线性关系,其最大损失率为21.91%;不同pH值酸溶液中钢纤维煤矸石混凝土碳化深度与酸雨循环数呈正相关,显著性表现为pH=2.0＞pH=3.0＞pH=4.0;1.0%钢纤维掺量是钢纤维煤矸石混凝土的最优掺量,可优化其空隙结构,有效抑制酸雨溶液的侵蚀。     

硫酸盐侵蚀粉煤灰混凝土的耐久性试验研究

针对盐渍土地区隧道衬砌混凝土耐久性问题,在不同质量分数硫酸盐溶液的侵蚀下,改变干湿循环次数,对粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀的耐久性进行了深入研究。结果表明:干湿循环作用下,硫酸盐溶液侵蚀粉煤灰混凝土试件,试件强度先小幅度增长,然后逐渐衰减。其中,质量分数为10%的溶液侵蚀的试件,强度增长最为明显,可达到57.5 MPa;而动弹性模量则与干湿循环次数成反比,表现出循环次数越多,相对动弹性模量越低的特征。其中,质量分数为10%的溶液侵蚀的试件,动弹性模量下降的速率最快,试件动弹性模量从339 MPa下降到235 MPa。粉煤灰混凝土的抗硫酸盐耐久性在一般盐渍土地区都可以较好的保持其强度。     

塑钢纤维增强橡胶混凝土耐硫酸盐侵蚀试验

通过研究3种水胶比、4种塑钢纤维掺量,探讨橡胶混凝土在硫酸盐干湿循环侵蚀作用下的溶液pH值变化、试件表面损伤、抗压强度耐蚀系数、质量经时损失率和相对弹性模量曲线影响,得到各因素对橡胶混凝土抗压强度耐蚀系数、质量经时损失率及相对弹性模量全曲线影响规律。试验结果表明:依次掺入橡胶集料、塑钢纤维,Ca(OH)_2溶出量减少,溶液pH值降低;150次干湿循环后,6 kg/m~3的塑钢纤维掺量对提高混凝土抗硫酸盐侵蚀强度等级非常显著,质量经时损失率最小,CRSF1-4、CRSF2-4、CRSF3-4所对应的质量经时损失率分别为2.0%、2.25%、2.97%,其相对弹性模量较基准混凝土提升6.25%、6.75%、10%,水胶比越大,塑钢纤维的增强、阻裂、抑制混凝土内部损伤劣化的能力越强。     

偏高岭土和钢纤维对混凝土力学性能影响研究

为研究偏高岭土（MK）和钢纤维（SF）掺量对混凝土力学性能和工作性能的影响，将不同体积掺量的SF掺入混凝土中，在SF掺量固定为1.2%时，复掺不同质量的MK，进行新拌混凝土的坍落度和3 d、7 d、28 d龄期试件的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度试验，并利用扫描电镜（SEM）进行微观分析。结果表明，掺入SF和MK显著降低混凝土坍落度；SF掺量为1.2%时，力学性能最优，立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度分别提高10.21%、66.33%和43.16%；在SF掺量为1.2%时，MK掺量在15%、10%和10%时，抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度最大，相较对照组SF-1.2，分别提高7.45%、6.21%和14.99%;SF在混凝土中起桥接作用，可有效延缓裂缝的扩展，MK可使混凝土内部变得更加密实，从而提高混凝土的力学性能。     

荷载作用下粉煤灰混凝土硫酸盐腐蚀研究

通过试验模拟围岩复杂环境中混凝土在硫酸盐侵蚀和外界围岩压力作用下的侵蚀特点,分析不同侵蚀时间后混凝土抗压强度和动弹性模量经时变化规律,讨论溶液质量分数和应力水平对混凝土损伤规律的影响;根据SEM图片和XRD图谱,分析混凝土微结构的变化。试验结果表明:当试件受300 k N、质量分数5%硫酸盐溶液耦合作用时,其抗压强度和动弹性模量衰减率最大,分别为8.8%和20.4%。外界应力对混凝土结构的破坏作用及腐蚀产物钙矾石和石膏的膨胀作用在试件内部形成微裂纹,裂纹随侵蚀时间的增长而增多和扩展。     

喷射钢纤维混凝土性能试验研究

 通过不同的配合比和掺入不同体积率的钢纤维混凝土来进行对比,利用抗压、劈裂抗拉和抗折试验分析钢纤维混凝土的性能。结果表明,水灰比为0.5的钢纤维混凝土抗压、抗折、抗拉强度分别比未加钢纤维混凝土提高了10.3%、9.6%和33.5%,水灰比为0.6的钢纤维分别提高了33.8%、10.8%和8.4%;而对于不同掺量的比较中,掺量较高的混凝土强度提高要高一些。由此可见,在不同的水灰比和不同的掺量下对混凝土的性能会产生不同的影响,但总体看来钢纤维能够提高喷射混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度等性能,能够为地下工程提供更好的支护作用。     

矿粉和纤维对活性粉末混凝土工作和力学性能的影响

为研究硅粉和铁尾矿改性混凝土的基本特性,分别用硅粉和铁尾矿粉按照0～20%的比例替代水泥和河砂,并通过力学和氯离子侵蚀实验获得硅粉和铁尾矿粉的较优替代比;然后在此基础上,分别按照体积比为0～2%添加钢纤维、玄武岩纤维和剑麻纤维来改善混凝土的力学特性,结果表明：混凝土的抗压强度和抗拉强度随着硅粉和铁尾矿粉的增加先增后减,其中硅粉和铁尾矿粉的较优替代比分别为15%和10%。三种纤维都能有效地提高混凝土的抗压强度和抗拉强度,但降低混凝土的坍落度。掺入硅粉5%以及10%的铁尾矿粉可以提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能,但过多的铁尾矿粉对混凝土的抗氯离子侵蚀性能不利;玄武岩纤维比钢纤维和剑麻纤维能更好地提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能,SEM分析也获得相同的结论。     

砂率对工业灰渣-陶粒混凝土性能的影响研究

为研究砂率对工业灰渣-陶粒混凝土性能的影响,制作了9组不同砂率的混凝土试件,测得试件3 d、7 d、14 d、28 d的抗压强度,以及28 d的劈裂抗拉强度和碳化深度。研究结果表明:随着砂率的增加,工业灰渣-陶粒混凝土28 d的抗压强度逐渐提高,3 d、7 d、14 d的抗压强度则无明显规律;28 d的劈裂抗拉强度随着砂率的增加基本呈上升趋势,28 d的碳化深度在砂率为100%时发生了显著突变,其余的都接近砂率为0%时对应的碳化深度值。基于该材料的劈裂抗拉强度对数值与抗压强度对数值拟合结果,建立了其拉-压强度关系计算式。     

硫酸盐侵蚀对煤矿充填膏体强度影响的试验研究

为分析煤矿矿井硫酸盐侵蚀对充填膏体耐久性的影响,进行了浓度为10%、20%、30%的Na_2SO_4和MgSO_4两种溶液对充填膏体的侵蚀试验,探讨了硫酸盐对充填膏体的侵蚀机理,构建了充填膏体在不同浓度硫酸盐侵蚀作用下强度变化的数学模型。结果表明:充填膏体在不同硫酸盐溶液侵蚀下,其强度均出现先增大后减小的趋势;受SO_4~(2-)、Mg~(2+)侵蚀作用的影响,且侵蚀速率与溶液浓度正相关;7d前,同一浓度下的硫酸钠作用强于硫酸镁;7d后,侵蚀作用相反;构建的模型与试验数据基本吻合,能够反映充填膏体受侵蚀后的强度变化规律。     

含高矿化度水地层深立井井壁高强混凝土耐久性研究

为防止穿越高矿化度水地层深立井井壁遭受腐蚀而影响安全运营,开展了硫酸盐全浸泡下井壁高强混凝土耐久性研究。通过3种不同水胶比混凝土和2种经防腐处理的混凝土在硫酸盐环境中侵蚀180 d的抗压强度、质量损失、相对动弹性模量等性能对比试验,来研究高强混凝土的性能。试验结果表明:在各侵蚀浓度下混凝土试件的抗压强度、质量与相对动弹性模量随龄期都呈现出先缓慢增长后加速减小的趋势,相对动弹性模量与抗压强度的变化趋势有着高度的相似性;水胶比越小混凝土密实性越好,硫酸根离子在混凝土内部的传输受到抑制,对混凝土的侵蚀性越小,井壁耐久性越好,水胶比为0.26的混凝土在整个侵蚀周期内抗硫酸盐侵蚀性能表现最佳;在水胶比不变的前提下,内掺防腐剂对提升混凝土抗硫酸盐侵蚀性能具有一定效果,而采用抗硫酸盐水泥的防腐措施在较高浓度硫酸盐侵蚀条件下适用性较差。本研究结果可为西北地区穿越高矿化度水地层深立井井壁混凝土配制提供参考。     

钢纤维混凝土破坏机理及力学性能试验

通过分析比较素混凝土和钢纤维混凝土的破坏机理,讨论了钢纤维的加入对混凝土的整个破坏过程的影响,钢纤维的掺入对基体的增强机理和横跨于裂缝间的钢纤维对裂缝发展的约束作用。结果表明:钢纤维对混凝土的阻裂作用很明显,而对混凝土起裂的限制作用不明显。对钢纤维掺量为30 kg/m3的钢纤维喷射混凝土进行现场喷射大板切割试件力学性能试验,研究其立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈拉强度,并在试验分析中导入标准差系数对试验数据的可信度进行评价。     

巷道钢纤维硅粉混凝土喷浆支护试验与应用

为解决普通混凝土喷浆支护浆体开裂、巷道变形严重的问题,提出采用钢纤维硅粉混凝土对其进行湿喷支护。通过试验研究钢纤维掺量与形状、硅粉掺量和减水剂掺量对混凝土抗弯强度的影响规律,得出最佳的钢纤维硅粉混凝土配比,应用于某矿的回风斜井喷浆支护。结果表明：波浪型钢纤维对混凝土抗弯强度提高能力远大于平直型钢纤维,最佳的波浪型钢纤维掺入率为1.5%,最佳的硅粉掺量为替代水泥掺量的10%,最佳减水剂掺量为0.6%。通过喷层应力监测和围岩变形观测证明了钢纤维硅粉混凝土喷浆支护控制巷道围岩的可行性.     

矿井环境中混凝土材料腐蚀损伤演化与机理分析

通过试验模拟地下复杂环境中混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环耦合作用下混凝土受力特点和损伤演化,测试和分析了不同腐蚀时期混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、质量和超声波速的变化及加载受荷过程中应力应变曲线变化,运用损伤力学,对腐蚀损伤进行多指标全面评价。分析受荷过程中腐蚀损伤对混凝土应力-应变关系的影响。结合腐蚀时间和应变对混凝土损伤扩展的影响,建立受蚀混凝土的受荷损伤模型。采用环境扫描电镜（ESEM）和X射线衍射（XRD）分析受蚀混凝土的微观结构演化。试验结果表明：① 混凝土受到硫酸盐侵蚀和干湿循环耦合作用,抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的经时变化规律大致相同,均呈现先增大后减小,其中劈拉强度和抗折强度对侵蚀引起的损伤更加敏感,劣化更加明显。通过数据回归得到以各性能指标为损伤变量的混凝土腐蚀损伤演化方程,得到不同损伤因子之间的线性函数关系;② 随着腐蚀环境的长期作用,腐蚀损伤混凝土试件峰值应力减小,峰值应变增加,弹性模量和峰值变形模量均有所降低。通过数学模型将腐蚀损伤和受荷损伤统一起来,表征混凝土受到的环境腐蚀、荷载及损伤之间的作用关系;③ 腐蚀产物钙矾石和石膏的膨胀作用和硫酸钠的结晶压在试件内部形成微破裂,随着腐蚀的加剧,微破裂逐渐增多和扩展。     

粉煤灰掺量对煤矸石骨料混凝土性能影响研究

为探讨粉煤灰作为矿物掺合料对煤矸石骨料混凝土性能的影响,在制备煤矸石骨料混凝土试件时,掺入0%、15%、25%、35%、50%的粉煤灰来取代等量的水泥,进行抗压强度、碳化性能及干燥收缩性能试验研究。结果表明,煤矸石混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而有所降低,且均低于未掺粉煤灰时的混凝土抗压强度,但当掺量为15%时,煤矸石混凝土的90 d抗压强度超过同龄期未掺粉煤灰时的混凝土强度;当粉煤灰掺量不超过35%时,对煤矸石混凝土的碳化性能影响不大,粉煤灰掺量达到50%时,煤矸石混凝土的抗碳化能力降低明显;随粉煤灰掺量的增加,煤矸石骨料混凝土的干燥收缩性能得到改善,50%粉煤灰掺量时干燥收缩率最小。试验表明,适量掺入粉煤灰能改善煤矸石骨料混凝土的后期强度及干燥收缩性能,且对碳化性能影响不大,这为煤矸石骨料混凝土掺粉煤灰的应用提供了试验依据。     

深厚冲积层井筒修复内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁研究及应用

针对板集煤矿副井井筒修复的复杂工程条件,提出采用内套内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁结构。首先,对该种新型井壁结构力学特性进行了模型试验研究,结果表明:在井壁结构中高强钢纤维混凝土的极限压应变可达(-3 710~-3 750)με,显著提高了井壁结构的延性特征;由于内层钢板的约束作用,井壁内缘钢纤维混凝土也处于三向受压状态,钢纤维混凝土抗压强度提高了1.822~1.974倍,从而显著提高了该种复合井壁的承载能力;在板集煤矿副井井筒修复工程中首次应用了内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁,并通过现场实测结果表明,2个监测水平钢纤维混凝土应变分别为-290με和-359με,远小于试验实测的极限压应变值,说明目前该种新型井壁结构混凝土变形小,井壁结构安全可靠。     

粉煤灰膨胀剂对喷射混凝土力学性能影响试验

基于一定掺量速凝剂条件下,对喷射混凝土掺不同量的粉煤灰与膨胀剂下的力学性能进行了研究。结果表明,单掺膨胀剂的喷射补偿收缩混凝土在膨胀剂掺量为6％时,抗压、劈裂抗拉强度较好;单掺粉煤灰的喷射粉煤灰混凝土,抗压、劈裂抗拉强度随粉煤灰掺量增加而下降;粉煤灰混凝土在膨胀剂掺量为6％、粉煤灰掺量为10％时效果最佳,抗压、劈裂抗拉强度相对于素混凝土分别增加了4．5％、6．6％。     

冻结井壁纤维混杂与微膨胀高性能混凝土配制与抗裂试验

为解决深厚表土层冻结井壁混凝土开裂渗漏水难题,提出采用纤维混杂与微膨胀高性能混凝土。以冻结井壁普通混凝土配合比为基础,采用正交试验法,考察了水胶比、膨胀剂掺量、聚乙烯醇纤维掺量及仿钢纤维掺量对纤维混杂与微膨胀高性能混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度的影响,综合平衡确定试验的最佳配合比为水:水泥:NF-F:膨胀剂:聚乙烯醇纤维:聚丙烯仿钢纤维:砂:玄武岩碎石=166.112:410:130:32.8:1.092:5:615.992:1095.096。抗裂试验结果表明,纤维混杂与膨胀剂复合混凝土具有优良的抗裂性能。